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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO F A C U L T A D D E I N G E N I E R Í A PROGRAMA ÚNICO DE ESPECIALIZACIONES DE INGENIERÍA CAMPO DE CONOCIMIENTO: INGENIERÍA CIVIL PROCEDIMIENTOS CONSTRUCTIVOS DE LA CIMENTACIÓN DEL PROYECTO MÍTIKAH T E S I N A QUE PARA OPTAR POR EL GRADO DE: ESPECIALISTA EN GEOTECNIA P R E S E N T A : ING. ARIANNA RAMIREZ AGUIRRE DIRECTOR DE TESINA: ING. WALTER I. PANIAGUA ZAVALA CD. MX. FEBRERO 2017 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. 2 AGRADECIMIENTOS Al Dr. Rafael Martínez Castillo, por su apoyo e impulso para estudiar la especialidad en lo que me gusta y por ser además de mi jefe, una gran persona y amigo. Al M. en I. Walter I. Paniagua Zavala, por sus consejos, sus grandes aportaciones en clase, su apoyo y su acertada dirección. Al M. en I. Juan Paulín Aguirre, por su amabilidad, por su valiosa colaboración, ayuda y confianza de brindarme la información necesaria del proyecto Mítikah. Al M. en I. Agustín Demeneghi Colina, por su tutoría, guía y soporte durante mis estudios en esta institución. A cada uno de mis profesores de la especialidad en Geotecnia, por su conocimiento compartido, por su gran aporte a mi vida profesional y darme más gente que admirar dentro del área. A mis compañeros con los que compartí el aula, por contribuir a mi aprendizaje y compartir el gusto por la Geotecnia. 3 DEDICATORIA A mis padres, porque además de que sin ellos no estaría aquí, siempre han creído en mí y me han apoyado con todo su ser para que pudiera lograr mis sueños y pueda ser, quien soy ahora. Yo sé que no hay manera de agradecer eso, así que deben de saber que cada paso mío, es uno que no doy sola, siempre lo doy con ustedes, los amo. A mis amigos, porque siempre están ahí (en las buenas y en las malas), por aceptarme como soy, porque me escuchan y me dejan escucharlos. Porque sin ustedes, no tendría cómplices de mis travesuras y locuras. Flor, Viviana, Saray, Semiramise y Miguel, sin ustedes la vida no sería lo mismo, gracias por todos esos momentos tan maravillosos que me han regalado, los amo. Y finalmente, Isaac Agustín González Vázquez, por quererme tanto y darme tu apoyo incondicional, por soportarme, por llorar conmigo, reír conmigo, caminar conmigo. Por ser mi mejor amigo y convertirte en mi todo, eres un gran hombre, y estoy orgullosa de tenerte a mi lado en cada paso que doy, te amo. 4 Contenido AGRADECIMIENTOS ....................................................................................................................................... 2 DEDICATORIA ................................................................................................................................................ 3 CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 6 A. Descripción del proyecto ................................................................................................................... 7 I. Proyecto Arquitectónico ............................................................................................................... 8 II. Ubicación ....................................................................................................................................... 9 III. Características del predio ........................................................................................................ 10 IV. Características del proyecto .................................................................................................... 12 V. Fases constructivas del proyecto ................................................................................................ 13 B. Mecánica de suelos ......................................................................................................................... 17 I. Condiciones geológicas y geotécnicas del sitio ........................................................................... 18 II. Zonificación geotécnica ............................................................................................................... 19 III. Zonificación sísmica ................................................................................................................. 22 IV. Hundimiento regional.............................................................................................................. 24 V. Estudios Geotécnicos .................................................................................................................. 25 CAPITULO II. PROCESO CONSTRUCTIVO ...................................................................................................... 35 A. Diseño de la excavación .................................................................................................................. 36 I. Cálculo de los esfuerzos verticales .............................................................................................. 36 II. Cálculo del empuje ...................................................................................................................... 36 III. Análisis de estabilización de excavación ................................................................................. 38 B. Secuencia constructiva .................................................................................................................... 44 I. Muro Milán .................................................................................................................................. 45 II. Cimentación ................................................................................................................................. 56 III. Excavación (anclas, Top‐Down) ............................................................................................... 66 Solución a problemas específicos durante la construcción ........................................................................ 85 Refuerzo acero de capiteles .................................................................................................................... 85 Detalle del anclaje de las losas de los sótanos en Top‐Down con el muro Milán ................................... 86 Problemas con la actualización de los planos ............................................ ¡Error! Marcador no definido. Colado de losas ........................................................................................................................................ 87 Talud caído .............................................................................................................................................. 87 5 CONCLUSIONES ........................................................................................................................................... 88 Listado de Anexos ........................................................................................................................................ 89 Referencias.................................................................................................................................................. 90 Listado de figuras ........................................................................................................................................ 91 6 CAPITULO 1. INTRODUCCIÓN La Ciudad de México hoy en día presenta una demanda alta en servicios de infraestructura por distintas razones sociales, políticas y económicas, por lo cual, a lo largo de estos últimos años se ha presentado la necesidad de tener que construir más edificios que presenten una plenitud en servicios, como tal, deben de contar con los servicios básicos dentro del mismo edificio o alrededor de ellos, con esta idea nació el proyecto de Mítikah, uno de los proyectos más emblemáticos y prometedores la Ciudad de México, ya que tiene como objetivo principal cumplir con todos los servicios que necesita una sociedad y así, generar que no exista movilidad alguna de la zona Mítikah, llamándola así, Ciudad Mítikah, en una extensión de 130,000 m² aproximadamente, se tiene proyectado que contenga: departamentos, negocios, estacionamientos, oficinas, hoteles, cines, restaurantes, bares, cafés, supermercados, gimnasios, centros comerciales, escuelas, un hospital, un centro cultural, una iglesia y más. Así se aprecia la magnitud del proyecto, que se complementa perfectamente con el proyecto de la torre más alta de Latinoamérica, llamada “Torre Mítikah”. Este trabajo que se presenta a continuación, es la descripción del procedimiento constructivo que se llevó a cabo en los sótanos del proyecto ya mencionado, que se llevó a cabo desde el año 2009 hasta el año 2014 con distintos tiempos de ejecución, ya que se realizó por fases que se describirán a lo largo de este documento. También se puede apreciar que se enfoca únicamente en el año que se tuvo presencia en el proyecto, ya que es cuando se tiene la certeza de los procedimientos en los que se participaron durante el proyecto, correspondiente al periodo agosto 2012 a agosto 2013. 7 A. Descripción del proyecto El proyecto Mítikah es un complejo inmobiliario que consiste en un desarrollo de usos múltiples (mixtos y residenciales), del cual podrán apreciarse todos los servicios que necesita una ciudad, constando de 7 edificios, seccionándose en dos fases para su construcción, llevándose a cabo la Fase I en el año 2009 y la Fase II, en el año 2011 que abarca el área más grande. Fase I: Los edificios que la componen son: un edificio residencial de 22 niveles, con una planta baja, un sótano de comercios, y seis sótanos de estacionamientos; y un edificio de 17 niveles y dos sótanos. Esta fase ya se encuentra concluida en su totalidad, así que no se mencionará nada de su procedimiento constructivo en este trabajo porque no entra durante la estancia que se tuvo en el proyecto que fue durante el año 2012. Fase II: Los edificios que la componen son: cinco edificios que se compondrán por centros comerciales y la torre más alta de Latinoamérica de 267m con 60 niveles. Cada edificio divide el proyecto en cinco áreas: A, B, C, D y E; y por consecuente, se utilizó esta información para generar tres fases constructivas: una dársena que abarca las áreas B, C y D; a cielo abierto que son las áreas A, B, C y D; y Top‐Down que es el área E, se puede apreciar la división en la ilustración 1. Ilustración 1. Fases constructivas I y II. 8 I. Proyecto Arquitectónico Como ya se mencionó, este proyecto tiene una gran aportación arquitectónica de gran reconocimiento internacional, ya que fue el arquitecto argentino César Pelli quien diseñó la Torre Mítikah inspirado en el trazo de Teotihuacán en la Pirámide del Sol llamada la calzada de los muertos, según una entrevista que le realizaron en el 2011, la idea del arquitecto es que no existan rincones y que funcione como un islote en medio de un río, motivo por el cual la torre es una elipse, la fachada es de vidrio cerámico, con elementos de color, uniéndose en la perfección con los proyectos de la Cineteca Nacional del Siglo XXI y la Sociedad de Autores y Compositores de México del pueblo de Xoco, en el sur de la ciudad de México. 1 En los demás edificios participaron el arquitecto Richard Meier que diseñó la torre de departamentos con interiores de RTKL y para los edificios más bajos tenemos a los arquitectos mexicanos Roy Azar y Roberto Espejo, además del centro comercial de José Sánchez Aedo con propuesta paisajista de Mario Schjetnan. El proyecto está diseñado para que exista un paso peatonal hacia Av. Mayorazgo para integrar ambos lados hacia Av. Churubusco, se puede apreciar el proyecto arquitectónico en la ilustración 2. Ilustración 2. Proyecto Arquitectónico. 1 (Arquine, 2012) 9 II. Ubicación El proyecto se encuentra ubicado en la Ciudad de México, en la Delegación Benito Juárez, en Av. Real de Mayorazgo No. 130, Colonia Xoco. A un costado del predio se encuentra Centro Coyoacán y en colindancia a Real de Mayorazgo se encuentra el edifico de Bancomer. Ilustración 3. Ubicación del proyecto en la Ciudad de México. Ilustración 4. Ubicación colindancias en el proyecto. Mítikah 10 III. Características del predio El sitio donde se construye el proyecto es un predio de forma irregular como se pudo apreciar en la figura 3, con la superficie aproximada de 130,000 m². Las colindancias que presenta el predio son: Al Norte: con Av. Real de Mayorazgo, vialidad con la que limita de manera inmediata a través de una banqueta de aproximadamente 3 metros de ancho y acercándose más al este, el predio toma una forma irregular que es curva y no presenta banqueta en esa zona; Al sur: colinda con Av. Río Churubusco que también una banqueta de las mismas dimensiones, abarcando toda la cuadra completa; Al este: colinda con los edificios de conjuntos habitacionales, donde se puede apreciar que los edificios más altos son de máximo 18m, además de la esquina con Mayorazgo se puede apreciar una iglesia, y la calle San Felipe; Y al poniente: colinda con el centro comercial Coyoacán, donde se ve que abarca en su totalidad el largo del Centro Coyoacán. Ilustración 5. Colindancia Este. 11 Ilustración 6. Colindancia Poniente. 12 IV. Características del proyecto En este trabajo se considera únicamente el procedimiento constructivo de los sótanos, por lo tanto, es la información que brindaremos del proyecto y corresponde a los niveles de los sótanos, que son los siguientes: Planta baja: NPT = + 0.60 Sótano 1: NPT = ‐ 4.40 Sótano 2: NPT = ‐ 7.70 Sótano 3: NPT = ‐ 10.80 Sótano 4: NPT = ‐ 13.90 Sótano 5: NPT = ‐ 17.00 Sótano 6: NPT = ‐ 20.10 Losa Fondo: NPT = ‐ 23.20 La solución de la cimentación es a base de un cajón compensado y pilas de cimentación, por lo tanto, se consideran los muros Milán, anclas de tensión, losas pre‐tensadas en la zona de top‐down y losa de fondo con concreto reforzado desplantada a la profundidad de 23.20 metros, medidos desde de nivel de calle. 13 V. Fases constructivas del proyecto Mítikah Fase I: Esta etapa quedó constituida por un conjunto de seis sótanos para estacionamiento y un semisótano comercial, el nivel de profundidad del proyecto es de ‐22.88m, el semisótano comercial con nivel de ‐4.8m. Ilustración 7. Plano de la planta de Fase I. Se realizó el diseño de la excavación y procedimiento constructivo, en base al proceso de Muro Milán en el circuito delpredio, para la ejecución de la excavación a cielo abierto consecutivamente con la colocación de anclas y la excavación. Ilustración 8. Foto Mítikah Fase I. 14 Mítikah Fase II: En ésta etapa por petición del cliente, se debía entregar como primera etapa la zona 3 de la ilustración 9 para poderse usar como estacionamientos, por lo tanto, el procedimiento constructivo más adecuado fue por el método del Top‐Down, ya que disminuye los tiempos y se cumple con la solicitud del cliente. Ilustración 9. Zonas de la Fase II. La descripción de cada zona de Fase II, según la ilustración 9, es la siguiente: Zona 1 y 2. Dársena y cielo abierto: La dársena es una plataforma metálica, que se usa como rampa para permitir un acceso desde ambas calles colindantes al proyecto (Mayorazgo y Río Churubusco) para la entrada de los camiones durante la excavación. En esta zona primero se ejecutaron las pilas circulares pre‐cimentadas desde marzo del 2011. 15 El total de las pilas fue de 72 con un diámetro de 1.4 y 1.5m que están distribuidas en colindancia con el Centro Coyoacán. Estas pilas tienen como característica en particular, tubos de acero ahogados tres metros y 0.762 m de diámetro, ya que, al momento de la excavación, sirvan como columnas que soporten la dársena, y así, utilizar esta estructura como accesos principales en las avenidas Real de Mayorazgo y Río Churubusco, para la excavación del predio. Ilustración 10. Modelo 3D de Dársena. Zona 3. Top‐Down: La ejecución de esta zona se separa del proyecto en particular por las demandas del cliente, así que, como ya se había mencionado anteriormente, se utiliza el método de Top‐Down en esta zona para la optimización del tiempo. El Top‐Down consta de seis sótanos de estacionamiento, un sótano comercial, que tendrá lugar al edificio E de la figura 1, con la profundidad de 23.20 metros. Esta zona consta de 95 pilas circulares de 1.4 m de diámetro y nueve con diámetro de 1.2 m, en éstas se colocaron perfiles metálicos ahogados de manera similar a la dársena, constituyéndose de 104 perfiles de 28.05m en tres distintas áreas que son sótano, estacionamiento y rampas helicoidales. La ventaja con la que consta este método de Top‐Down en particular, es la colindancia con la zona 2, ya que, teniendo la excavación a cielo abierto, se puede tener la excavación 16 lateral y no sólo la excavación de forma ascendente que comúnmente se realiza con las lumbreras temporales en éste método. A continuación, se muestra un dibujo donde se puede apreciar lo ya mencionado de la zona dos, del lado izquierdo podemos apreciar la excavación lateral y del sótano comercial (S.C.), la utilización de la lumbrera temporal para la excavación ascendente. Ilustración 11. Método Top ‐ Down en Zona 3. 17 B. Mecánica de suelos Para la primera y segunda etapa se realizaron dos estudios de mecánica de suelos, con la finalidad de obtener las características estratigráficas y propiedades índices del suelo de la zona de trabajo para su análisis correspondiente y que los resultados se pueden apreciar en este trabajo. En éste apartado, únicamente se mencionan los resultados del informe de Mecánica de suelos conociendo las pruebas que se realizaron en el 2009 y 2011, fecha de los estudios respectivos. 18 I. Condiciones geológicas y geotécnicas del sitio Los depósitos que se presentan en la Ciudad de México abarcan tres marcos de referencia: geológico, paleoclimático y vulcanológico, los cuales nos podrán ayudar al entendimiento del origen de éstos. Para el marco geológico contamos con el conocimiento que la Ciudad de México se encuentra ubicada en una cuenca cerrada, conocida como la cuenca del Valle de México, que se asemeja a una presa azolvada, donde ubicamos la cortina en el sur, representada por las sierras del Ajusco y Cuauhtzin (o Chichinautzin), en el norte está limitado por las sierras de Tepotzotlán, Tezontlalpan y Pachuca, al este por los llanos de Apan y la sierra Nevada, que es donde están los volcanes Popocatépetl e Iztaccíhuatl, y al oeste las sierras de las Cruces, Monte Alto y Monte Bajo, mientras que los rellenos del vaso, el centro de la cuenca, están constituidos en su parte superior por arcillas lacustres y en la parte inferior los clastos derivados de la acción de ríos, arroyos, glaciares y volcanes que circundan el valle; dentro del depósito se encuentran capas de ceniza y estrados de pómez, producto de las erupciones volcánicas ocurridas durante el último medio millón de años (pleistoceno superior), que es el lapso transcurrido a partir del inicio del cierre de la cuenca.2 Desde el punto de vista del marco paleoclimático, la cuenca de México ha pasado por dos periodos de glaciación, por lo que se ha originado suelos rojos del tipo interglaciar, suelos eólicos como los loess que al caer en el lago sufrieron una alteración físico‐química, formando arcillas lacustres. Además, la cuenca cuenta con gran cantidad de ríos o arroyos pequeños, como Churubusco, que es una colindancia con el proyecto Mítikah, y de los cuales también, se dieron origen a seis lagos. Por último, el marco vulcanológico, donde podemos concluir que el material que se encuentra dentro de la cuenca es de origen volcánico, ya sea directa o indirectamente, tales como los domos piogénicos del Cerro del Tepeyac o de Chapultepec, el Peñón del Marques, etc. 2 (Alberto Jaime) 19 II. Zonificación geotécnica Desde el punto de vista de la ingeniería de cimentaciones, los depósitos de suelos del Valle de la Ciudad de México, se encuentran en la secuencia de formaciones estratigráficas dividas en las siguientes zonas: Estratificación general Descripción Zona I. Lomas Formada por rocas o suelos generalmente firmes que fueron depositados fuera del ambiente lacustre, pero en los que pueden existir, superficialmente o intercalados, depósitos arenosos en estado suelto o cohesivos relativamente blandos. Frecuentemente existe la presencia de oquedades en rocas y de cavernas o túneles excavados en suelos para explorar minas de arena. Zona II. Transición Los depósitos profundos se encuentran a 20 m de profundidad o menos, y que está constituida predominantemente por estratos arenosos y limoarenosos intercalados con capas de arcilla lacustre. Es espesor de estos estratos es variable entre decenas de centímetros y pocos metros. Zona III. Lacustre Integrada por potentes depósitos de arcilla altamente compresible, separados por capas arenosas con contenido diverso de limo o arcilla. Estas capas arenosas son de consistencia firme a muy dura y de espesores variables de centímetros a metros. Los depósitos suelen estar cubiertos superficialmente por suelos aluviales y rellenos artificiales; el espesor de este conjunto puede ser superior a 50 m. Tabla 1. Estratigrafía general de la Ciudad de México.3 Según la zonificación geotécnica que considera el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal RCDF‐2004, en los artículos 170, 175 y 219, se considera la división de las zonas que se describe en la tabla 1 y a continuación, en la ilustración 12, se establece la ubicación del predio, que como se aprecia, está localizado en la zona geotécnica II, denominada zona de transición. 3 (Ernesto Holguín) 20 Ilustración 12. Zonificación geotécnica de la Ciudad de México. Ubicación del predio 21 La zona de transición se conoce porque los depósitos forman una franja que divide los suelos lacustres de las sierras que rodean al valle y de los aparatos volcánicosque sobresalen en la zona del lago, estos materiales, de origen aluvial, se clasifican de acuerdo al volumen de clásticos que fueron arrastrados por las corrientes hacia el lago y la frecuencia de los depósitos. Los depósitos lacustres del centro de la cuenca van cambiando a medida que se acerca al pie de las lomas, lo que ocurre, es que, entre las arcillas lacustres, van intercalándose capas de suelos limosos, cuerpos de arenas fluviales y, en ciertos casos, en la desembocadura de arroyos y ríos, dando a existir importantes depósitos de gravas y boleos. El proyecto Mítikah se sitúa en la zona de transición alta, más próxima a las lomas, así que, presenta irregularidades estratigráficas producto de los depósitos aluviales cruzados; la frecuencia y disposición de estos depósitos depende de la cercanía a antiguas barrancas y del río Churubusco que se encuentra en la colindancia sur del predio. Bajo estos materiales se encuentran estratos arcillosos que sobreyacen a los depósitos propios de las lomas. La zona del predio, como ya se menciona anteriormente, está comprendida por la franja entre las zonas del lago y las lomas, depositados en esta zona se alternan estratos arcillosos en un ambiente lacustre con suelos gruesos de origen aluvial, dependiendo sus espesores de las transgresiones y regresiones que experimentaba el antiguo lago, la capa dura se encuentra a 20m de profundidad, existe interestratificación de arcillas y suelos limoarenosos y se presentan mantos colgados. 22 III. Zonificación sísmica La Ciudad de México es afectada por alta actividad sísmica generada por las zonas de influencia del Cinturón Circumpacífico, y las placas tectónicas cercanas a la misma. Además, la cuenca presenta un fenómeno llamado amplificación sísmica, por las condiciones geológicas y geotécnicas ya mencionadas. Por lo tanto, las normas técnicas complementarias de diseño por sismo (NTS‐DS) de la Ciudad de México, divide en tres zonas principales sísmicas para determinar los parámetros de diseño de las diferentes estructuras. El proyecto está situado en la zona II, el cual presenta el coeficiente sísmico de 0.32g. A continuación, se muestra la ubicación del predio en el mapa de zonificación de la CDMX para fines de diseño por sismo. 23 Ilustración 13. Zonificación sísmica de la Ciudad de México. Ubicación del predio 24 IV. Hundimiento regional El hundimiento regional de la Ciudad de México se debe a la extracción de agua en el subsuelo y a las cargas superficiales impuestas al mismo, que genera la consolidación de las formaciones de arcillas blandas, la modificación de esfuerzos del suelo por la reducción de la presión de poro y el aumento de los esfuerzos efectivos. El proyecto Mítikah se encuentra dentro de la zona donde tiene un centímetro por año de hundimiento regional, según los datos de la Síntesis Geotécnica de la Cuenca del Valle de México.4 Ilustración 14. Curvas de hundimiento anual en cm (1985 ‐ 1995) medidas por la GAVM. 4 (Síntesis Geotécnica del Valle de México) Ubicación del predio 25 V. Estudios Geotécnicos Considerando las características y ubicación del sitio, de acuerdo al Reglamento de Construcciones y Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Cimentaciones (NTC‐DCC), la exploración para la interpretación estratigráfica del subsuelo en la fase uno consistió en realizar sondeos tipo mixto a 40 m de profundidad, utilizando el método de penetración estándar5 con la obtención de muestras representativas alteradas, midiendo el índice de resistencia a la penetración de los materiales atravesados, y el hincado a presión de muestreadores tipo Shelby para obtener muestras inalteradas. Los sondeos fueron SM‐1 y SM‐2 realizados al centro de las áreas que ocuparán la torre de departamentos y la torre Hospital, respectivamente, e incluyendo el sondeo SM‐4. Ilustración 15. Ubicación de la fase I. Para conocer la presión hidráulica del agua del subsuelo se tuvo que colocar, en una perforación previa, un piezómetro abierto tipo Casagrande6, denominado PZ‐1 a 26.0 m de profundidad. Este dispositivo permite determinar la presión hidráulica del agua del subsuelo a una cierta profundidad, mediante la medición con una sonda eléctrica, del nivel del agua que se establece en un tubo vertical, con una celda permeable en su parte inferior, que se hace coincidir con una capa permeable. Estos piezómetros se instalan en perforaciones previas 5 (Villa, Exploración de Suelos, 2010) 6 (Villa, Exploración de Suelos, 2010) Río Churubusco Centro Coyoacán Real de Mayorazgo San Felip e 26 cuidando que la celda permeable se mantenga libre de lodo, quedando confinada por un filtro de gravilla limpia y un sello de bentonita. Para determinar la profundidad a la que se encuentra el nivel de agua freática en el área de interés se instaló un pozo de observación7 del nivel de agua freática, denominado PO‐1 a 8 m de profundidad. Este dispositivo permite determinar la profundidad del nivel de agua freática, mediante la medición del nivel del agua que se establece en un tubo vertical, con el extremo inferior ranurado, que consiste de un tubo de PVC de 1 1/2" de diámetro, ranurado en su parte inferior, lo que permite el paso del agua a su interior. Estos instrumentos se instalan en perforaciones verticales, cuidando que el tubo ranurado se mantenga libre de lodo y quede confinado en un filtro de arena limpia. La ubicación de los sondeos, del pozo y del piezómetro, se puede apreciar en la siguiente planta de la etapa uno. Ilustración 16. Ubicación de sondeos en fase I. 7 (Villa, Exploración de Suelos, 2010) 27 Las características estratigráficas y físicas generales de los materiales del subsuelo, en el área que ocupa la etapa uno del proyecto, presentan la siguiente secuencia determinada por los sondeos SM‐1, SM‐2 y SM‐4, realizado en una etapa de exploración anterior. La cohesión y el ángulo de fricción interna, fueron determinados en función de la correlación de estos parámetros con el índice de resistencia a la penetración estándar, y con las propiedades índice de los materiales. Profundidad (m) Descripción 0.00 – 1.20 Materiales de relleno constituidos por arena arcillosa con gravas, café grisáceo, con contenido de agua de 20 a 31%, de consistencia muy firme, con índice de resistencia a la penetración estándar de 19 a 24 golpes. Con variación granulométrica de 22 % de gravas, 43 % de arena, 35 % de finos, del grupo SC‐GC según el SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos). 1.20 – 8.00 Arcilla arenosa a poco arenosa, café grisáceo oscura y gris oscuro, con contenido de agua de 40 a 80 %, de consistencia media a muy firme, con índice de resistencia a la penetración estándar de 5 a 30 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 20 a 40 % de arena, 60 a 80% de finos, del grupo CH según el SUCS. Con cohesión de 6 ton/m² y ángulo de fricción interna de 15°. 8.00 – 10.20 Arena arcillosa, café grisáceo y gris oscura, con contenido de agua de 30 a 50%, de consistencia muy firme a muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de 18 a más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 70 % de arena, 30 % de finos; con límite liquido de 26 %, y plástico de 17 %, del grupo CL según el SUCS. Con cohesión de 18 ton/m² y ángulo de fricción interna de 20°. 10.20 – 16.00 Arcilla pocoarenosa, gris oscuro, con contenido de agua de 60 a 200%, de consistencia blanda a muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de 3 a 19 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 5 a 20 % de arena, 80 a 95 % de finos; con límite liquido de 350 %, y plástico de 79 %, del grupo CH según el SUCS. Con cohesión de 12 ton/m², determinada en compresión axial no confinada, con peso volumétrico de 1.15 ton/m³, densidad de sólidos de 2.14, relación de vacíos de 6.27, y grado de saturación de 99.7%. 28 16.00 – 17.80 Arcilla arenosa, gris oscuro, con contenido de agua de 20 a 30%, de consistencia muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 40 a 15 % de arena, 60 a 85 % de finos; con límite liquido de 41 %, y plástico de 26 %, del grupo CL según el SUCS. Con cohesión de 25 ton/m² y ángulo de fricción interna de 20°. 17.80 – 18.60 Arcilla poco arenosa, café grisáceo claro, con contenido de agua de 80 a 120%, consistencia blanda a media, con índice de resistencia a la penetración estándar de 3 a 24 golpes. Del grupo CL según el SUCS. Con cohesión de 10 ton/m² y ángulo de fricción interna de 15°. 18.60 – 20.80 Arcilla arenosa con gravas, gris oscuro, con contenido de agua de 15 a 20%, de consistencia muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Del grupo SC según el SUCS. Con cohesión de 12 ton/m² y ángulo de fricción interna de 36°. 20.80 – 26.80 Arena limosa poco arcillosa, café grisáceo, con contenido de agua de 10 a 15%, muy compacta, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 60 a 80 % de arena, 30 a 40 % de finos; con límite liquido de 25 %, y plástico de 17 %, del grupo SC según el SUCS. Con cohesión de 40 ton/m² y ángulo de fricción interna de 35°. 26.80 – 29.00 Arcilla arenosa, café, con contenido de agua de 60 a 80%, de consistencia muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 35 a 41 % de arena, 59 a 65 % de finos; con límite liquido de 30 %, y plástico de 17 %, del grupo SC según el SUCS. Con cohesión de 35 ton/m² y ángulo de fricción interna de 20°. 29.00 – 33.00 Arcilla arenosa con poca grava, gris oscuro, con contenido de agua de 15 a 20%, de consistencia muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 5 % de gravas, 20 a 30 % de arena, 65 a 80 % de finos, del grupo SC‐GP según el SUCS. Con cohesión de 50 ton/m² y ángulo de fricción interna de 20°. 33.00 – 44.00 Gravas empacadas en arena limosa poco arcillosa, gris oscuro, con contenido de agua de 13 a 18%, muy compacta, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Del grupo GW según el SUCS. Con cohesión de 30 ton/m² y ángulo de fricción interna de 42°. Tabla 2. Estratigrafía del predio en fase I. 29 El nivel freático se encontró a 6.2 m de profundidad, con respecto al nivel actual de la superficie del terreno, en la fecha 16/07/2009, en la que se realizó la exploración, de acuerdo a los resultados del piezómetro instalado a 26 m de profundidad, en una capa de arena limosa poco arcillosa que se encuentra entre 21 y 28 m de profundidad, se determinó que se tiene un abatimiento piezométrico total, a partir de 21 m de profundidad. Considerando las características de rigidez de la cimentación que más adelante se define, la deformabilidad de los materiales del subsuelo y la presión de contacto aplicada a los materiales de apoyo por la cimentación, el módulo de reacción del suelo al nivel del sótano inferior, deberá considerarse de 5 kg/cm³. La gráfica que se muestra a continuación es el estado de los esfuerzos del subsuelo con la profundidad de la presión vertical efectiva, determinada como la diferencia entre la presión total y las presiones hidráulicas del agua del subsuelo, considerando el abatimiento piezométrico. Ilustración 17. Estado actual de los esfuerzos del subsuelo de la fase I. 30 En la fase dos, la exploración para la interpretación estratigráfica del subsuelo consistió en realizar cuatro sondeos tipo mixto a 45 m de profundidad, denominados SM‐1 a SM‐4, de los cuales los sondeos SM‐1 y SM‐2 se efectuaron a 50 m de profundidad, combinando el procedimiento de penetración estándar, con el empleo de barril rotatorio NX8 con incrustaciones de diamante industrial en la profundidad en la que los materiales presenten rechazo o el índice de resistencia a la penetración estándar sea mayor de 50 golpes para avances menores de 5 cm. Ilustración 18. Ubicación de sondeos y pruebas Cross‐Hole para fase II. 8 (Villa, Exploración de suelos, 2010) 31 Con el propósito de determinar la velocidad de propagación de las ondas de cortante en los materiales del subsuelo se efectuaron pruebas de Cross‐Hole a cada metro, dentro de dos perforaciones con broca tricónica de 4” de diámetro a 45.0 m de profundidad, con una separación entre ellas de 3.6 m, ademadas con un tubo de PVC hidráulico de 3”, y perfectamente acoplados con los pozos agregando una mezcla de bentonita – cemento entre la pared de la perforación y el ademe de PVC. En el Anexo I se presenta el informe con los resultados de la medición de la propagación de ondas de cortante a través de ensayos de Cross‐Hole. Las características estratigráficas y físicas generales de los materiales del subsuelo, presentan la siguiente secuencia respecto al nivel del brocal de los sondeos. La cohesión y el ángulo de fricción interna, fueron determinados en función de la correlación de estos parámetros con el índice de resistencia a la penetración estándar, y con las propiedades índice de los materiales. Profundidad (m) Descripción 0.00 – 1.20 Arcilla arenosa, café grisáceo, con contenido de agua de 30%, de consistencia muy firme, con índice de resistencia a la penetración estándar de 15 a 27 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 20% de arena, 80% de finos, de límite liquido de 31% y limite plástico de 20 %, del grupo SC según el SUCS (Sistema Unificado de Clasificación de Suelos). 1.20 – 8.00 Arcilla arenosa a poco arenosa, café grisáceo oscura y gris oscuro, con contenido de agua de 30 a 75 %, de consistencia muy blanda a muy firme, con índice de resistencia a la penetración estándar de peso de herramienta a 18 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 3 % de arena, 97% de finos, de límite liquido de 35 a 74 % y limite plástico de 27 a 34 %,del grupo CH según el SUCS. Con cohesión de 6 ton/m² y ángulo de fricción interna de 15°. 8.00 – 10.20 Arcilla arenosa poco limosa, café grisáceo y gris oscura, con contenido de agua de 30 %, de consistencia muy firme a muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de 20 a más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 36 a 63 % de arena, 37 a 61 % de finos; con límite liquido de 35 a 49 %, y plástico de 20 a 31 %, del grupo CL según el SUCS. Con cohesión de 18 ton/m² y ángulo de fricción interna de 20°. 32 10.20 – 16.00 Arcilla poco arenosa, gris oscuro, con contenido de agua de 60 a 240%, de consistencia blanda a muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de 4 a 15 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 6 a 20 % de arena, 80 a 94 % de finos; con límite liquido de 144 a 396 %, y plástico de 55 a 60 %, del grupo CH según el SUCS. Con cohesión de 6 ton/m²,determinada en compresión axial no confinada, con peso volumétrico de 1.15 ton/m³, densidad de sólidos de 2.14, relación de vacíos de 6.27, y grado de saturación de 99.7%. Con cohesión de 5 ton/m² y ángulo de fricción interna de 15°. 16.00 – 18.50 Arcilla arenosa, gris oscuro, con contenido de agua de 25%, de consistencia muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 10 % de gravas, 46 % de arena, 44 % de finos; con límite liquido de 30 %, y plástico de 16 %, del grupo CL según el SUCS. Con cohesión de 25 ton/m² y ángulo de fricción interna de 20°. 18.50 – 20.00 Arcilla poco arenosa, café grisáceo claro, con contenido de agua de 120%, consistencia dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de 46 a más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 16 % de arena, 84 % de finos; con límite liquido de 121 %, y plástico de 58 %, del grupo CH según el SUCS. Con cohesión de 10 ton/m² y ángulo de fricción interna de 15°. 20.00 – 22.00 Arcilla arenosa, gris oscuro, con contenido de agua de 90%, de consistencia muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 8%de gravas, 69 % de arena, 23 % de finos; del grupo CH según el SUCS. Con cohesión de 30 ton/m² y ángulo de fricción interna de 36°. 22.00 – 27.00 Arena arcillosa poco limosa, café grisáceo, con contenido de agua de 15%, muy compacta, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 43 a 65 % de arena, 35 a 57 % de finos; con límite liquido de 28 %, y plástico de 11 %, del grupo SC según el SUCS. Con cohesión de 25 ton/m² y ángulo de fricción interna de 35°. 27.00 – 29.00 Arena pumítica y gravillas pumíticas limo arcillosa, café, parcialmente degradada a materiales finos arcillosos, incrementándose el contenido de arcilla al presentar mayor degradación, con contenido de agua de 20 a 60%, de consistencia dura a muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de 29 a más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 0 % de gravas, 36 % de arena, 64 % de finos; con 33 límite liquido de 37 %, y plástico de 25 %, del grupo SC según el SUCS. Con cohesión de 20 ton/m² y ángulo de fricción interna de 25°. 29.00 – 33.00 Arena arcillosa con poca grava, gris oscuro, con contenido de agua de 30%, de consistencia muy dura, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 12 a 31 % de gravas, 46 a 52 % de arena, 24 a 45 % de finos, del grupo SC‐GP según el SUCS. Con cohesión de 25 ton/m² y ángulo de fricción interna de 28°. 33.00 – 38.00 Gravas empacadas en arena limosa poco arcillosa, gris oscuro, con contenido de agua de 13 a 18%, muy compacta, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 33 a 60 %de gravas, 27 a 46 %de arena, 10 a 17 % de finos; con limite liquido de 26.0 % en la fracción fina que pasa la malla 40 y limite plástico de 16.0 % del grupo CL‐ML en la fracción fina, y del grupo GW en la muestra integral, según el SUCS. Con cohesión de 8 ton/m² y ángulo de fricción interna de 42°. 38.00 – 41.00 Arena limosa poco arcillosa con gravas a pocas gravas, gris oscuro, con contenido de agua de 20 a 40%, muy compacta, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 5 a 20 % de gravas, 47 a 80 % de arena, 13 a 25 % de finos; del grupo SM‐GP según el SUCS. Con cohesión de 8 ton/m² y ángulo de fricción interna de 40°. 41.00 – 50.00 Gravas empacadas en arena limosa poco arcillosa, gris oscuro, con contenido de agua de 15 a 25%, muy compacta, con índice de resistencia a la penetración estándar de más de 50 golpes. Con variación granulométrica de 43 a 70 %de gravas, 26 a 50 %de arena, 10 a 25 % de finos; con limite liquido de 25 a 36 % en la fracción fina que pasa la malla 40 y limite plástico de 14 a 24%del grupo CL‐ML en la fracción fina, y del grupo GW en la muestra integral, según el SUCS. Con cohesión de 8 ton/m² y ángulo de fricción interna de 42°. Tabla 3. Estratigrafía del predio de la fase II. El nivel freático se encontró a 7.0 m de profundidad, con respecto al nivel actual de la superficie del terreno, en la fecha en la que se realizó la exploración, de acuerdo a los resultados de un piezómetro instalado a 26 m de profundidad, en una capa de arena limosa poco arcillosa que se encuentra entre 26 y 28 m de profundidad, se determinó que se tiene un abatimiento piezométrico total, a partir de 21 m de profundidad. 34 El estado actual de los esfuerzos en el subsuelo se representa en la figura 17, mediante la gráfica de la variación con la profundidad de la presión vertical efectiva, determinada como la diferencia entre la presión total y las presiones hidráulicas del agua del subsuelo, considerando el abatimiento piezométrico. En el Anexo II, se muestra los perfiles estratigráficos de ambas fases de los estudios de mecánica de suelos con los materiales encontrados y descritos en la estratigrafía de las tablas 2 y 3, determinadas a partir de los trabajos de campo y los resultados de la exploración geotécnica. Ilustración 19. Estado actual de los esfuerzos del subsuelo de la fase II. 35 CAPITULO II. PROCESO CONSTRUCTIVO Para definir el procedimiento constructivo de un proyecto geotécnico es necesario realizar el análisis geotécnico para poder dar características mecánicas a los elementos estructurales que conlleva la cimentación y así, se proponen distintos procedimientos que sean factibles para el buen funcionamiento de la estructura. En este proyecto se tiene definido ya el procedimiento constructivo, así que se describe el proceso que se llevó a cabo y los resultados que se obtuvieron en el análisis geotécnico de la fase dos del proyecto. En principio, se analizan los perfiles estratigráficos que se obtuvieron en el estudio de mecánica de suelos y con base en las Normas Técnicas Complementarias del Reglamento de la Ciudad de México, se seleccionan los parámetros mecánicos de los estratos más representativos del estudio de la fase dos, porque, como ya se había mencionado, este trabajo se delimita en la fase dos en el año 2012 por la estadía que se tuvo en el proyecto. Se realiza una caracterización estratigráfica desde el nivel de banqueta hasta la profundidad de 35.0 m, generando así, la siguiente tabla: Unidad Descripción Prof. i (m) Prof. f (m) ɣ (t/m³) C (t/m²) Φ (°) U1 Relleno de arena arcillosa con gravas 0 ‐1.2 1.5 10 6 U2 Arcilla arenosa a poco arenosa ‐1.2 ‐16.0 1.55 0 10 U3 Arcilla poco arenosa ‐16.0 ‐18.60 1.60 20 15 U4 Arcilla arenosa con gravas, de consistencia muy dura ‐18.60 ‐35.0 1.75 30 20 Tabla 4. Estratigrafía y propiedades mecánicas de suelos de diseño. El Nivel de Aguas Freáticas, según sondeos de mecánica de suelos, se encuentra a la cota ‐6.2m. 36 A. Diseño de la excavación Se analizan los elementos mecánicos involucrados en la excavación, que serán: el suelo, el muro perimetral, los niveles de excavación y las anclas que soportarán al muro perimetral, en el caso del Top‐Down, las losas diafragma que soportarán las cargas horizontales del suelo. I. Cálculo de los esfuerzos verticales Así que, inicialmente se analiza el suelo, con la estratigrafía y propiedades mecánicas de diseño de la tabla 4, se realiza el análisis de los esfuerzos verticales en la masa de suelo, calculando los esfuerzos totales y efectivos que se muestran en la siguiente tabla. Unidad Espesor (m) ɣ (t/m³) σv (t/m²) U (t/m²)σv' (t/m²) U1 1.2 1.5 1.8 1.8 U2 14.8 1.55 24.74 9.8 14.94 U3 2.6 1.6 28.9 12.4 16.5 U4 16.4 1.75 57.6 28.8 28.8 Tabla 5. Esfuerzos verticales en la masa de suelo. II. Cálculo del empuje Por consecuente, se procede al cálculo de los empujes horizontales que actúan sobre las estructuras de retención, el cual para este proyecto es el muro Milán, donde se deben considerar dos condiciones de diseño: Análisis a corto plazo: Se considera al empuje del suelo es del tipo activo, por lo que se permiten ligeros desplazamientos sobre las estructuras de retención. En esta condición prevalece la resistencia no drenada del suelo. Análisis a largo plazo: Este se considera como vital durante toda la vida del elemento, los empujes actuantes corresponden a la condición de empuje en reposo y prevalece la condición drenada del suelo. 37 Se tienen varias teorías de análisis como la teoría de Rankine para determinar presiones y empujes horizontales a corto plazo, así como para largo plazo con la teoría de Peck, pero en este trabajo se respetó el análisis del proceso constructivo que realizó la empresa que construyó el proyecto, así que se aprecia el análisis que se describe a continuación. 38 III. Análisis de estabilización de excavación El análisis se realizó utilizando el programa PARIS, desarrollado por el Grupo Soletanche‐Bachy, los cuales consideran al muro Milán como una yuxtaposición de trabes verticales solicitadas por empujes laterales de tierras (reposo, activo y pasivo), sísmicos, por sobrecargas y por el empuje hidrostático del agua (o con el abatimiento respectivo si es el caso), soportadas por las anclas, considerando las distintas etapas del proceso constructivo y la historia de desplazamientos y esfuerzos que se genera. La acción ejercida por el suelo sobre cada cara del muro Milán, es calculada teniendo en cuenta el comportamiento elastoplástico de los suelos conforme al esquema siguiente.9 Ilustración 20. Empujes laterales de tierras. Para el cálculo de los desplazamientos laterales del muro Milán (análisis matricial de interacción suelo: estructura ante cargas laterales), el suelo se modela a través del coeficiente de reacción ks, el cual es un parámetro de cálculo empírico, que depende de parámetros del suelo y de la rigidez del muro. Unidad Ks (t/m³) U1 1,700 U2 700 U3 3,500 U4 5,500 Tabla 6. Valores de Coeficiente de reacción del suelo y de la rigidez del muro. 9 (Cimentaciones Mexicanas S.A de C.V., 2011) 39 Se revisan entonces los siguientes resultados de salida del programa PARIS: Factor de Seguridad en el empotramiento del muro Milán: Se define como la capacidad que tiene el suelo –generación de empuje pasivo‐, de soportar los empujes laterales y, de esta forma, representar un apoyo lateral al muro. Si dicho FS es menor a 1, significa que el suelo en el desplante del muro, no tiene la capacidad suficiente para generar el empuje pasivo necesario y el suelo se plastifica generando desplazamientos laterales muy importantes y por lo general mayores a lo permisible. Desplazamientos horizontales en muro Milán. Elementos mecánicos en muro Milán. Cargas axiales en las anclas. El programa cuenta con una interfaz muy cómoda para trabajar, ya que nos maneja una vista muy común, con barras de herramientas similares a los programas más usados y además de mostrar una ventana de ayuda, donde nos coloca la lista de comandos que podemos utilizar, agregándole una descripción breve y un ejemplo del mismo. Está diseñado de tal forma, que solicita los datos ordenadamente, iniciando con los datos del proyecto, los datos de la estructura, los datos del terreno (características y propiedades del suelo), sobrecargas, nivel de aguas freáticas, las unidades con las que se van a trabajar, para que, con los datos brindados, pueda empezar a calcular. Analiza con distintas teorías, con las cuales puede hacer el análisis de esfuerzos en el suelo (Boussinesq, Terzagui), así que, también da la opción de escoger el método para analizar los esfuerzos. Finalmente, coloca el procedimiento de excavación propuesto, para que al hacer que trabaje el programa, de los resultados del análisis que conlleva cada uno de los procesos de excavación, siendo así, se pueden cambiar los empujes conforme se modifica la profundidad de la excavación, y así se toma en cuenta el acomodo de las anclas y la inclinación que se entregó en el informe de mecánica de suelos, y al colocar los valores en el programa, se analizan los empujes nuevamente. 40 Ilustración 21. Interfaz del programa PARIS. Se puede cambiar el procedimiento de excavación para nivelar los empujes que se obtienen y la reacción del suelo, además de la geometría del Muro Milán y profundidad de desplante, número de torones, longitud y ángulo de las anclas, así se puede manipular hasta que cumpla con los objetivos ya mencionados. Para la excavación y construcción del proyecto Mítikah, en el cajón de cimentación, se propone construir un muro Milán perimetral estructural definitivo de 60 cm de espesor, desplantado a la ‐30m, que pueda contener los empujes del suelo a través de la colocación de 5 niveles de anclas de gran capacidad (entre 125 y 130 t). Para ello se seguirá el procedimiento constructivo que, a groso modo, se presenta a continuación: 41 Condiciones iniciales. Construcción del muro Milán de ‐0.5m hasta 30.0m. Carga repartida uniforme superficial de 2t/m². Excavación a la ‐3.5 m, con nivel freático a ‐5.0m. Construcción del primer nivel de ancla a la ‐3.0m. Excavación a la ‐8.0 m, con abatimiento del nivel freático a hasta la ‐9.0m. Construcción del segundo nivel de ancla a la ‐7.4m. Excavación a la ‐12.5 m, con abatimiento del nivel freático a hasta la ‐13.5m. Construcción del tercero nivel de ancla a la ‐12.15m. Excavación a la ‐17.0 m, con abatimiento del nivel freático a hasta la ‐18.0m. Construcción del cuarto nivel de ancla a la ‐16.20m. Excavación a la ‐20.5 m, con abatimiento del nivel freático a hasta la ‐21.5m. Construcción del quinto nivel de ancla a la ‐19.70m. Excavación a la ‐24.1 m, con abatimiento del nivel freático a hasta la‐25.1m. Construcción de losa de fondo. Construcción de los sótanos. Retiro de las anclas. 42 Fluencia, reducción del módulo de elasticidad del concreto de 1.6E6 t/m². El análisis se realizó en las colindancias, que se presentan en el Anexo III y se describe a continuación. En la colindancia con el centro Coyoacán a nivel del andén, que es la considerada más crítica por la sobrecarga transmitida al terreno, se consideraron las siguientes hipótesis: a) En condición de anclas: Considera la carga repartida superficial de 4.5 t/m al nivel ‐3.0 m. Este nivel representa el nivel de desplante del cajón de Centro Coyoacán. El primer nivel de las anclas se baja a ‐ 3.70m para evitar tocar la losa de fondo de Centro Coyoacán. b) En condición con losas diafragmas: Considera la carga repartida superficial de 4.5t/m al nivel ‐3.0m. Este nivel representa el nivel de desplante del cajón de Centro Coyoacán. c) En condición con la rampa y anclas: Considera la carga repartida superficial de 4.5t/m al nivel ‐3.0m. Este nivel representa el nivel de desplante del cajón de Centro Coyoacán. El primer nivel de las anclas se baja a ‐3.70m para evitar tocar la losa de fondo de Centro Coyoacán. d) En condición con anclas: Considera la carga repartida superficial de 10.0t/m al nivel ‐3.0m. Este nivel representael nivel de desplante del cajón de Centro Coyoacán. El primer nivel de las anclas se baja a ‐ 3.70m para evitar tocar la losa de fondo de Centro Coyoacán. e) En condición con losas diafragma a nivel del centro comercial: Considera la carga repartida superficial de 10.0t/m al nivel ‐3.0m. Este nivel representa el nivel de desplante del cajón de Centro Coyoacán. f) En condición con rampa en el caso general y con anclas: Considera la carga repartida superficial de 2.0t/m al nivel de terreno natural. En la colindancia con la iglesia se hizo otro análisis: g) En condición con rampa y anclas: Se considera la carga repartida superficial de 7.0t/m al nivel de terreno natural. Dentro de los resultados, se puede apreciar el armado que llevarán los paneles y las recomendaciones de las dimensiones de los mismos, para ciertos casos de carga en particular, cuando se generan solicitaciones superiores a las planeadas en el diseño del armado base, que se encuentra en el Anexo IV, se añadieron unos bastones sobre el armado original para retomar esos esfuerzos suplementarios: 43 Para los armados que aplican a los casos de las colindancias de las rampas y la iglesia, se añaden bastones del #6, cara tierra, centrados a ‐8.5m sobre una longitud de 4m, con una cuantía que respecta: un bastón cada dos varillas. En esa zona esos bastones, en conjunto con las varillas, aportan un momento resistente de servicio de 26.96 t*m. El momento máximo que se presenta para los tres casos siendo de 26.89 t*m para la rampa con anclas en el caso general que es punto f), mencionado anteriormente. Para los armados que aplican para el caso del punto d), se añade bastones del #6, cara excavación, centrados a ‐11.0m, sobre una longitud de 4m, con una cuantía que respecta: un bastón cada dos varillas. En esa zona esos bastones, en conjunto con las varillas, aportan un momento resistente de servicio de 56.95 t*m. El momento máximo que se presenta siendo de 50.01 t*m. Para el caso de los puntos a), b) y e) no se necesitan bastones, los esfuerzos no sobrepasan los presentados en el Anexo IV. Tabla 7. Armados de muro Milán. Armado Tipo Longitud (m) Cantidad (pzas) A0 2.825 24 A1 2.825 22 A2 2.825 6 A3 2.825 12 A4 2.825 14 B0 2.50 6 B4 2.50 2 C3 2.95 1 D1-b 2.70 1 D1-c 2.70 6 D1l-c 2.70 1 D1-cbis 2.70 1 D2-a 2.70 1 D2-c 2.70 1 D2-d 2.70 1 D3-c 2.70 1 E3 2.90 1 F1-b 3.00 1 F2-a 3.00 2 F2-c 2.70 1 44 B. Secuencia constructiva La función de cimentaciones con pilas y con cajones es permitir que las cargas estructurales sean colocadas a través de estratos profundos de suelo débil hasta un estrato firme que dará un soporte óptimo a la carga final y resistencia a las presiones laterales del suelo, para cumplir con lo dicho, es necesario establecer la secuencia constructiva óptima, que quedó definida por el diseño geotécnico de la fase dos del proyecto Mítikah. Al inicio de la fase dos, se construye el muro Milán a la par de las pilas de cimentación de las zonas E (Top‐ Down) y las zonas D, C y B (Dársena), ya que algunas de estas dan paso a la dársena, que es la zona de acceso de los camiones por las entradas principales, sur y norte, colindancias de las Avenidas Real de Mayorazgo y Río Churubusco, dando así, velocidades óptimas de trabajo en condiciones de trabajo claras, y las pilas de la zona E de Top‐Down, elementales para la eficiencia del método, teniendo así las columnas para empezar la excavación de planta baja hacia los sótanos, además del avance en la excavación a cielo abierto para poder aumentar la productividad en la excavación de la Zona E. La excavación se lleva a cabo desde el momento que se terminan las pilas y se empieza con la colocación de las anclas, como parte última de la secuencia constructiva, concluyendo con los alcances que se tenían del proyecto Mítikah en el año 2012. En el año que se tuvo la experiencia en este proyecto, ya se había concluido el muro Milán, por lo tanto, se hizo la visita a otras obras para poder presenciar el procedimiento constructivo descrito a continuación. 45 I. Muro Milán Conocido también como muro diafragma o pantalla se define como una pared de concreto reforzado conformada en el subsuelo y al inicio, confinada por el subsuelo; su función principal es ser un elemento de sostenimiento temporal o definitivo de zanjas longitudinales abiertas en la masa de suelo y para estabilizar excavaciones profundas en cimentaciones profundas. En la Ciudad de México, el muro Milán se utilizó desde 1967 como solución de cimentación y tomó dos años desarrollar habilidades para poder construirlo con calidad que ya presentaba Europa. 10 En este proyecto se aprecian las mejoras de los procedimientos franceses. Ilustración 22. Planta con distribución de paneles de muro Milán del proyecto Mítikah fase II. 10 Manual de Construcción Geotécnica, Tomo I, Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos, A.C., Capítulo 3. V-A' V-A A2 A2 A2 A2 A 3 A 3 A 3 A 3 A4 A4 A4 A4 A 6 A 6 A 6 A 6 A 7 A 7 A 7 A 7 A8 A8 A 5 A 5 A 5 A 5 46 Mítikah es un ejemplo vital de nuevas tecnologías que se utiliza en México y el muro Milán consta de 214 paneles, que se pueden observar en la ilustración 22, la cual refleja la distribución de los paneles definidos desde proyecto para su construcción, todo en base a la almeja que se utiliza para cumplir con la abertura o número de posiciones a utilizar en la perforación del panel que más adelante se detalla. I.I Brocales El muro Milán del proyecto Mítikah se considera un muro colado en el lugar, por lo tanto, el primer elemento a construir son los brocales o zanja guía con revestimiento, con los paneles ya definidos por el diseño. Los brocales se componen de una ranura en la superficie del terreno que debe tener el mismo ancho que el muro Milán, más la tolerancia de la almeja de excavación. Los propósitos de estos elementos son: Precisión topográfica de los muros, incluyendo curvas y ángulos. Comprobación de ausencia de instalaciones subterráneas de servicios en el eje de trazo del muro. Verificación de la posición de la almeja para su correcta excavación, logrando la simetría en la operación de la almeja y conservar su verticalidad. Prevención de caídos locales y estabilización de la parte superior de la excavación. Facilidad en el control del lodo, tanto en nivel como en confinación dentro de la excavación. Soporte del armado de acero y fijación del mismo para evitar que se hunda o se levante. Apoyo estructural para el paso de maquinaria de excavación y maniobra cerca de la excavación. 47 Los brocales del proyecto se realizaron con maquinaria ligera, con una profundidad de 1.5 m garantizando que no se produzcan panzas o salientes en el muro terminado. En la colocación del acero de refuerzo, cimbra y colado, es importante que se estabilice con puntales de madera para evitar movimientos indeseados horizontales. Ilustración 23. Construcción de brocales y detalle de brocal. I.II Equipo y secuencia de excavación La selección de la máquina adecuada para este proyecto estuvo en función de la profundidad, disponibilidad de la maquinaria, magnitud de este proyecto y del tiempo‐costo disponibles. El equipo utilizado es una Grúa Liebherr 855HD u 853HD, que carga una almeja hidráulica BAYA fabricada por TEC. Está compuesta por unas almejas unidas a la punta inferior de una pesada columna vertical de acero que guía la caída de la almeja y facilita la penetración en el suelo. En esta máquina el cierre de las valvas de la almejaes con un mecanismo de gato hidráulico vertical, cuya central de potencia se ubica en la superficie y el aceite a presión se conduce con largas mangueras. La excavación de un panel se realiza en un ciclo, que conlleva las tareas como, instalar la máquina, centrar y bajar la almeja, excavar, subir la almeja, dejar que escurra el lodo bentonítico y vaciar el material. En base a esto, se precisan los rendimientos que puede alcanzar para evaluar el volumen de materia que puede 48 excavar como control de obra, además es importante verificar la verticalidad de la excavación, aunque la máquina ya tiene su propio programa llamado Sakso 3 que mide la verticalidad de la perforación, permitiendo una tolerancia máxima de desviación horizontal de la distancia vertical del 3%. Cuando la perforación está teniendo problemas de verticalidad y rebasa las tolerancias permitidas, esta se ajusta con unas placas ubicadas en las guías de la almeja, raspando la perforación mediante un trépano o se hace la cementación de la perforación y re‐excavación, esta decisión se toma en la obra por los responsables de la misma. Ilustración 24. Tablero del equipo. Para las dimensiones y geometría del ancho del brocal, junta y muro se tiene una almeja de 60 cm, la cual puede abrir una zanja de 62 cm, quedando de esa medida el ancho del muro. Así que, para las tres dimensiones importantes ya mencionadas es importante tener en cuenta la tolerancia lateral de 2.5 cm entre la almeja y el ancho del brocal, la penetración mínima de 1 cm de la junta en 49 las paredes de la zanja y el recubrimiento mínimo del hacer de 6 cm, quedando entonces la zanja de 75 cm de ancho, el brocal de 65 cm cumpliendo con los 2.5 de tolerancia lateral entre la almeja y la pared del brocal, así la junta quedará de 64 cm en sus partes laterales para que penetre 1 cm en las paredes del suelo y finalmente el armado de 50 cm de espesor para entrar en la tolerancia promedio del recubrimiento mínimo del acero de 6 cm. Ilustración 25. Grúa Liebherr 855HD u 853HD con almeja hidráulica BAYA. Los paneles dependen de la abertura de la almeja, que en este proyecto es de 2.70 m, además de considerar las esquinas y la condición cual que entre menos posiciones lleve la almeja, menos tiempo tardará la perforación, aumentando el volumen de excavación y rendimiento del equipo. 50 La secuencia de excavación de los paneles debe ser alternada, ya que se necesita que los muros tengan la edad mínima para soportar la maniobra de limpieza de sus juntas machihembradas, así que el concreto debe alcanzar la resistencia que tolere esas maniobras, en ese momento la almeja puede proceder a la excavación del siguiente tablero intermediarios faltantes, como se muestra en la siguiente ilustración 26. Ilustración 26. Excavación en tres posiciones por módulo. La perforación se estabiliza con lodos bentoníticos, ya que forman una costra o bien llamada “cake”, como consecuencia de la pérdida local de agua que sufren, creando una especie de tela de muy baja permeabilidad que hace presión del fluido estabilizador a las paredes de la excavación. Este lodo se realizó en obra gracias a que el predio tenía el espacio para su producción y se pudo colocar una planta de lodos. Al producir y almacenar el lodo bentonítico en obra se tuvo que realizar pruebas de calidad para verificar las que las propiedades del lodo no disminuyeran y pudiera cumplir con su función principal. La profundidad de la perforación se verifica con plomo, teniendo siempre en cuenta que el nivel del lodo nunca debe ser menor a 0.5 m por debajo del nivel de los brocales, para conseguir la estabilización de la excavación. 51 Ilustración 27. Central de lodos en el proyecto Mítikah. Al terminar la perforación de cada panel se procede a limpiar el fondo de la zanja para eliminar los detritus que se desprenden de la almeja, ya que los trozos sueltos de suelo que queden en el fondo por el simple hecho de tener menor densidad que el concreto, flotarán al momento del colado. La limpieza se realiza con una bomba eléctrica sumergible, que genera movimiento del lodo en el fondo de la zanja para así conducir los trozos de suelo y azolve depositado a la central de lodos para ser tratado y limpiado, tratamiento que se le llama desarenar al lodo bentonítico. I.III Acero de refuerzo Las varillas de refuerzo se ensamblan en parrillas dentro de la obra para formar el armado de los paneles del muro Milán, como ya se mencionó, se consta con el espacio necesario para el armado, el almacenaje y las maniobras que se tienen con el armado, ya que se suspenden verticalmente para colocarse dentro de la perforación. 52 Ilustración 28. Empleo de balancín con dos puntos de izaje para el manejo de armados. Para el armado es necesario que tenga las orejas o lazos de varillas para el izaje en la parte superior y el anclaje con el brocal, debe de dejarse espacio en los estribos para que la tubería tremie entre sin problemas al momento del colado y deben dejarse las preparaciones huecas para las anclas. Es necesario que se rigidice el acero para el izaje, ya que puede deformarse por pandeo o presentar distorsiones al momento de levantarlo del nivel de piso por consecuencia del peso propio de la estructura. 53 Particularmente se tuvieron paneles largos y el izaje se tuvo que realizar con dos grúas para su colocación en la perforación. Ilustración 29. Izaje de dos paneles del muro Milán. En cuanto el armado se encuentra completamente vertical, se colocan en ambos lados del armado unos pedazos pequeños de concreto, conocidos como “muertos”, que permiten se centre bien el armado y unas ruedas de plástico llamadas “pollos”, hacen que deslice la armadura dentro de la zanja sin problemas, asegurando con ambas, el recubrimiento mínimo. El armado no debe asentarse en el fondo, así que se precisa la elevación del armado con las orejas del panel. Ilustración 30. Muertos que garantizan el recubrimiento en el muro Milán. 54 I.IV Colado y juntas de colado El tubo tremie11 es la herramienta con la que se introduce el concreto en la perforación, ya que permite tener un método de vaciado que comienza desde el fondo de la perforación y gradualmente se va levantando el tubo manteniendo siempre su punta hundida en el nivel de concreto, permitiendo así, una descarga siempre fresca y evitando la segregación o contaminación del concreto. El equipo que compone la tubería está integrado una tolva colocada en la parte superior, que conviene tenga un tubo de respiro para dar salida al aire que se entrampa durante el vaciado de concreto, la válvula separadora, que es la frontera inicial entre el lodo bentonítico y el concreto, y la grúa que maneja los tubos y hace movimientos intermitentes del mismo durante la colocación del concreto. Los tramos de la tubería se consideran de la longitud de la profundidad de la perforación y se van desmontando a medida que avanza el colado y se extrae la tubería, haciendo rápidamente los desacoplamientos y acoplamientos necesarios. La tubería se sujeta de los brocales por medio de unas bisagras del ancho de la zanja, conocido como centrador y sujetador del tubo. Ilustración 31. Colado con tubería tremi del muro Milán. 11 (SMMS, 2002) 55 Las juntas utilizadas son llamadas WaterStop, que cumplen con las siguientes funciones: Permiten la excavación del panel continuo. Sellan la unión de los paneles, haciéndolos trabajar como un solo elemento. Soporta la fuerza cortante entre paneles consecutivos.Son impermeables por su composición. Son permanentes y quedan ahogadas en el concreto de cada panel. La fuerza necesaria para su extracción es mínima. Se coloca con una placa rectangular simple con machihembrado trapezoidal, con arista en la parte inferior para apoyarse en el fondo de la excavación firmemente. Para retirarlas, es necesario dejar pasar máximo tres días para que no se tengan problemas al retirar la placa rectangular y la junta se quede en el muro Milán. Ilustración 32. Junta WaterStop colocada en colado de muro Milán. 56 II. Cimentación La cimentación del proyecto consiste en el cajón de cimentación que se compone por el muro Milán ya descrito y las pilas de cimentación, para lo cual, en este punto nos enfocaremos al procedimiento constructivo que se llevó a cabo en la construcción de las pilas, que se define como un miembro estructural subterráneo con la función que cumple una zapata, es decir, transmitir la carga a un estrato capaz de soportarla, sin peligro de que falle ni de que sufra un asentamiento excesivo. Sin embargo, en contraste con una zapata, la relación de la profundidad de la cimentación al ancho de la base de las pilas es usualmente mayor que cuatro, mientras que, para las zapatas, esta relación es comúnmente menor que la unidad.12 El diseño de las pilas de cimentación se realizó en el estudio de mecánica de suelos, y no entra dentro de los alcances de este documento, así que únicamente se mencionará el procedimiento constructivo que cuenta con una restricción de tolerancia permisible con verticalidad del 1%. Las características de las pilas del proyecto Mítikah son las siguientes: Zona Dársena: Tubo con un diámetro de 762 mm y una longitud promedia de 21.3 m, con 74 pilas de cimentación. Zona Top‐Down: Perfil de 28.05 m en perforación promedia de 37.3 m, con 102 pilas de cimentación. Se anexan las plantas de ambas zonas con las pilas en el Anexo VII. II.I Brocales EL primer trabajo a realizar es asegurar la ubicación de la pila con el topógrafo con la estación total, marcando el trazo de ejes de pila con respecto a coordenadas marcadas en plano de proyecto (X, Y) sobre la plataforma de trabajo, marcando el número y diámetro de la pila más la holgura y el espesor del brocal. Las medidas de la zona de dársena son 1.54m de diámetro, 25 a 30 cm de espesor hasta 1 m de profundidad y la zona de Top‐Down son 1.44 m y 1.24 m, 25 m a 30 cm de espesor hasta 1 m de profundidad; se puede apreciar el detalle en la ilustración 33. 12 (Ingeniería de cimentaciones, 2012) 57 a) Zona Dársena. b) Zona Top‐Down. Ilustración 33. Detalle de brocales del proyecto Mítikah. Se realiza la excavación con una máquina retroexcavadora al interior de la marca realizada por los topógrafos; así mismo verificando la profundidad de excavación de acuerdo con el nivel correspondiente. Se realiza un afine de terreno a pico y pala para lograr el perfil de la excavación. El topógrafo procede a colocar el trazo de los ejes de pila y se colocan referencias en los 4 extremos a 1.0 m de distancia sobre la plataforma, se coloca la cimbra al interior de la excavación; se fija un arrastre de la misma, se centra, se alinea con respecto a los ejes y se controla el nivel en sentido horizontal y plomeo en sentido vertical. Es muy importante que la verticalidad del brocal sea precisa ya que es determinante para la verticalidad de la pila. Una vez revisado todos los controles correspondientes se procede al colado del brocal. Se coloca un divisor de madera sobre la cimbra del brocal en caso de que no se tenga el suficiente espacio para distribución del concreto por canalón, se inicia la colocación del concreto sobre el divisor o canalón para llenar la excavación de manera uniforme y lenta para no provocar un movimiento o desplazamiento de la cimbra. Se llena hasta el nivel indicado y se procede a afinar el concreto; de manera que la parte superior del brocal presente una horizontal optima en ambos sentidos (X y Y) checando con la estación total y el nivel de mano. 58 Ilustración 34. Brocal terminado de colar del proyecto Mítikah. Después del retiro de la cimbra se debe verificar la nivelación de la superficie superior del concreto y más importante aún la verticalidad de la pared interior, con un nivel de mano en sentido horizontal se verifica la parte superior y de forma vertical la pared interior del brocal; la plomada se utiliza para verificar nuevamente la verticalidad en la parte interior del mismo en cuatro puntos diferentes del interior del brocal. La verticalidad debe ser lo más precisa posible. Si llegase a presentar algún desplome o deformación deberá de ser reparado. II.II Equipo y secuencia de excavación Ilustración 35. Perforadora Soilmec R ‐ 625. 59 La perforación se hizo con una Soilmec R‐625, que tiene como característica su Kelly y el cambio de broca o bote perforador. Como preparación para la perforación y por la tolerancia del 1% que presenta el proyecto en verticalidad, el topógrafo con la estación total, realiza la verificación de la verticalidad del Kelly y barretón con respecto a los niveles de mano colocados en el Kelly; esto se controla con el equipo de topografía estación total verificando el eje del Kelly de la parte inferior a la superior en ambos sentidos (X y Y). El topógrafo coloca 4 referencias (1 a cada extremo) a 3 m de distancia del centro de la pila enlazando cada referencia (ejes) con un hilo reventón, se posiciona la perforadora Soilmec de tal manera que la punta guía de la broca quede sobre el cruce de los hilos. Se revisa la verticalidad del Kelly con el nivel de mano en ambos ejes. Antes de iniciar la perforación de la pila, el topógrafo con la estación total, realiza el trazo de ejes de pila (X,Y) sobre el brocal de concreto, marcando referencias a 10 cm de distancia de estos ejes. El topógrafo deberá de colocar las referencias exteriores e interiores en forma simultánea para evitar la pérdida de tiempo. Se inicia la perforación de la pila con la herramienta adecuada hasta 2 m o 3 m de profundidad solo para hacer guía a la perforación, se cambia la herramienta de perforación por un bote resagador y se volver a realizar el cambio de la herramienta (Broca, Bote Corona, Bote Resagador, Bote Tipo UK) según las condiciones de terreno. A la par del inicio de la perforación se debe de colocar lodo bentonítico sustituyendo así el material extraído de la misma hasta el final de la perforación requerida. Durante la perforación se debe ejercer una presión mínima del gato de empuje a la rotaria solo para evitar la desviación. Durante la perforación de la pila, el Técnico de Obra coloca el plomo (plomada o Koden) en el interior del brocal, centrándolo en los ejes trazados previamente. Tomando pruebas de verticalidad con Koden y/o plomo a cada 5 m con apoyo de la grúa de servicio. Centrado el plomo se debe ir introduciendo lentamente hasta que la marca inicial puesta en el cable del plomo o la parte superior del plomo quede al ras del nivel superior del brocal. El Técnico de Obra procede a tomar lectura de una medida inicial, esto es, se colocan reventones (hilos) de referencia a la referencia opuesta en los ejes "X" y "Y" respectivamente. Con un flexómetro se mide la distancia del reventón de referencia al paño del cable del plomo, esto se realiza en ambos sentidos para poder 60 centrar el plomo al centro y diámetro de la perforación. Se deberá tomar registro a cada 5 m, a partir de 0 m, 5 m, 10 m, 15 m hasta 20 m después a los 27 m y por ultimo hasta los 41 m o la profundidad requerida de proyecto. Ilustración 36.
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